【正文】 平 頂 山 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 說 明 書 I 摘 要 電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性以及供應(yīng)電能的質(zhì)量，與其自動(dòng)化系統(tǒng)的水平有著密切的聯(lián)系。 信息就地處理的自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)是能對(duì)電力系統(tǒng)的情況作出快速的反應(yīng)，如高壓輸電線上發(fā)生短路故障時(shí)，要求繼電保護(hù)要在 20ms 左右動(dòng)作， 以便快速切除故障，而同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可以保證系統(tǒng)的電壓質(zhì)量和無功出力的分配，在故障時(shí)可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，有功功率自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，能跟蹤系統(tǒng)負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)，保證電能的頻率質(zhì)量，按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置能在系統(tǒng)事故情況，電力系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的有功缺額時(shí)，快速的切除一些較為次要的負(fù)荷，以免造成系統(tǒng)的頻率崩潰，以上這些信息就地處理裝置，其重要的優(yōu)點(diǎn)是能對(duì)系統(tǒng)中的情況作出快速的反應(yīng)，尤其在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，其作用更為明顯，但由于其獲得的信息有局限性，因而不能從全局的角度來處理問題，例如 通過自動(dòng)頻率調(diào)節(jié)，雖然可以跟蹤負(fù)荷的變化，但總還存在與額定頻率的偏差，更不能實(shí)現(xiàn)出力的經(jīng)濟(jì)分配。 信息集中處理的自動(dòng)化系統(tǒng)（即電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)），可以通過設(shè)置在各發(fā)電廠和變電站的遠(yuǎn)動(dòng)終端（ RTU）采集電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息，通過信道傳輸?shù)街髡?，主站根?jù)全網(wǎng)的信息，隨著微機(jī)保護(hù)，變電站綜合自動(dòng)化等技術(shù)的發(fā)展，兩個(gè)信息處理系統(tǒng)之間互相滲透，更重要的是這些微機(jī)裝置，如打破原來的二次設(shè)備柜框架 。變電站是電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它的運(yùn)行情況直接影響到電力系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 變電站綜合自動(dòng)化是指變電站二次系統(tǒng)通過利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將常規(guī)變電站的控制、測(cè)量、信號(hào)、保護(hù)、計(jì)量、安全自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)等功能整合于一體的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，這項(xiàng)技術(shù)涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，是自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等高科技在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。電力系統(tǒng)低頻減載、靜止無功補(bǔ)償器控制、配網(wǎng)系統(tǒng)故障分段隔離／非故障段恢復(fù)供電與網(wǎng)絡(luò)重組等） ； (3) 測(cè)量表計(jì)功能（如三相智能式電子電費(fèi)計(jì)量表等） ； (4) 繼電保護(hù)功能 ； (5) 與繼電保護(hù)有關(guān)的功能（如故障錄波、故障測(cè)距、小電流接地選線等）： (6) 接口功能（如與微機(jī)五防、繼電保護(hù)、電能計(jì)量、全球定位系統(tǒng)（ GPS）等 IED 的接口） ； (7) 系統(tǒng)功能（與主站通信，當(dāng)?shù)?SCADA 等）。變電站自動(dòng)化的目的，就是實(shí)現(xiàn) 這些 IED的信息共享，由此可減少變電站使用的電纜數(shù)量和造價(jià)，提高變電站的運(yùn)行和安全可靠性，并減少維護(hù)工作量和提高維護(hù)水平。變電站自動(dòng)化技術(shù)和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)涵還在不斷的豐富之中。早在七十年代末，日本就研制出了世界上第一套綜合數(shù)字式保護(hù)和控制系統(tǒng) SDCSI。在八十年代初，美國(guó)一家電力公司研制了 IMPAC 模塊化保護(hù)和控制系統(tǒng)。到 1984 年，瑞士的 BBC 公司首次推出了他們的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。變電站綜合自動(dòng)化目前在國(guó)外已得到了較普遍的應(yīng)用。 我國(guó)的變電站自動(dòng)化技術(shù)起步于 50年代。此后，國(guó)內(nèi)開始了系列遠(yuǎn)動(dòng)產(chǎn)品的研制工作。在八十年代中期，國(guó)內(nèi)許多高等院校及科研單位也在這方面做了大量的工作，推出一些不同類型、功能各異的自動(dòng)化系統(tǒng)，為國(guó)內(nèi)的變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展起到了卓有成效的推動(dòng)作用。除保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、電能表脈沖信號(hào)送至遠(yuǎn)動(dòng)裝置外，各種保護(hù)、自動(dòng)裝置和儀表基本獨(dú)立工作，微機(jī)保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置之間無計(jì)算機(jī)通信。需要一個(gè)大控制室來放置各種自動(dòng)裝置和儀表，占地面積大，需要大量電纜管線，施工、安裝和調(diào)試工作量大，遠(yuǎn)動(dòng)裝置的本地功 能和測(cè)量?jī)x表功能重復(fù)，各種自動(dòng)裝置和儀表種類、數(shù)量較多，工耗、備品備件及運(yùn)行維護(hù)量大。它們各司其職、互不相聯(lián)。該方式在原常規(guī)有人值班變電站的基礎(chǔ)上在 RTU中增加了遙控、遙調(diào)功能，站內(nèi)仍保留傳統(tǒng)的控制屏、指示儀表、光字牌等設(shè)備。采用這種方式使二次設(shè)備增加，二次回路更復(fù)雜。 20 世紀(jì) 90 年代初研制出的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是在變電站控制室內(nèi)設(shè)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為變電站自動(dòng)化的心臟，另設(shè)置一數(shù)據(jù)采集和控制部件用以采集數(shù)據(jù)和發(fā)出控制命令。此類集中式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、造價(jià)低，尤其適合 35KV 或規(guī)模較小的變電站。分散式系統(tǒng)的特點(diǎn)是各現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出單元部件分別安裝在中低壓開關(guān)柜或高壓一次設(shè)備附近，現(xiàn)場(chǎng)單元部 件可以是保護(hù)和監(jiān)控功能的二合一裝置，用以處理各開關(guān)單元的繼電保護(hù)和監(jiān)控功能，也可以是現(xiàn)場(chǎng)的微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控部件分別保持其獨(dú)立單元部件進(jìn)行通信聯(lián)系。但近年來推出的分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)更多地采用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如現(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)等。分散式面向?qū)ο蟮淖冸娬揪C合自動(dòng)化系統(tǒng)由于大 大縮小了主控室的面積，可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便，降低總投資，目前已成為發(fā)展趨勢(shì)。如 CRT 屏幕監(jiān)視、數(shù)值計(jì)算、自動(dòng)巡檢打印及自動(dòng)報(bào)表等。八十年代以后，由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使變電站自動(dòng)化技術(shù)得到了進(jìn)一步的提高，但是此時(shí)的自動(dòng)化管理仍未涉及到繼電保護(hù)、故障錄波等功能。這種初期的自動(dòng)化管理方式，各專業(yè)在技術(shù)上相互獨(dú)立，資源不能共享，設(shè)備設(shè)置重復(fù)，功能交叉覆蓋，無論在技術(shù)上或是經(jīng)濟(jì)上都不盡合理。 平 頂 山 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 說 明 書 第 5 頁 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 變電站自動(dòng)化技術(shù)伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步，自動(dòng)化系統(tǒng)以按對(duì)象設(shè)計(jì)的全分層分布式為潮流，朝著二次設(shè)備功能集成化，一次設(shè)備智能數(shù)字化 方向發(fā)展：同時(shí)經(jīng)濟(jì)性和可靠 IC618 性也是變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展所要考慮的實(shí)際問題。總的發(fā)展趨勢(shì)可從以下幾個(gè)不同角度來描述： 本文研究的主要內(nèi)容 本論文將在總結(jié)本人從事變電站設(shè)計(jì)工作五年來的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合本課題完成如下工作： 1． 首先介紹變電站綜合自動(dòng)化的定義，對(duì)變電站綜合自動(dòng)化在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展及應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。 3． 變電站綜合自動(dòng)化的通信介紹 。 平 頂 山 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 說 明 書 第 6 頁 第二章 35KV 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu) 本章先提出了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)滿足的基本要求，接著從保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)兩方面對(duì)其功能進(jìn)行了詳細(xì)介紹和研究。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能要求 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的具體功能要求主要決定于變電站在電力系統(tǒng)中的地位、作用和變電站的規(guī)模、電壓等級(jí)及一次設(shè)備狀況。①控制系統(tǒng)：運(yùn)行人員監(jiān)視與控制、自動(dòng)控制、電力系統(tǒng)緊急控制與當(dāng)?shù)睾髠淇刂?、故障錄波與事件記錄、測(cè)量與計(jì)量、自動(dòng)數(shù)據(jù)分析；②保護(hù)系統(tǒng)：變壓器保護(hù)、線路保護(hù)及自動(dòng)重合閘、母線保護(hù)、電容器保護(hù)；③運(yùn)行支持系統(tǒng)：設(shè)備維修支持、設(shè)備非正常狀態(tài)的恢復(fù)支持、電力系統(tǒng)故障恢復(fù)支持、自動(dòng)故障恢 復(fù)。 針對(duì)以上基本要求，在做變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可靠、實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)和利于推廣是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本指導(dǎo)思想。其次應(yīng)強(qiáng)調(diào)性能價(jià)格比這個(gè)重要指標(biāo)，機(jī)型選擇、硬件配置上，應(yīng)從應(yīng)用對(duì)象實(shí)際情況出發(fā)，特別重視性能價(jià)格比。 保護(hù)系統(tǒng)功能 保護(hù)裝置是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，以被保護(hù)的一次設(shè)備為對(duì)象，直接由相關(guān)的ＣＴ和ＰＴ輸入電氣量 ，動(dòng)作后由接點(diǎn)輸出，直接作用于相應(yīng)斷路器的跳閘線圈。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)異?；蚴ヂ?lián)系時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)能夠獨(dú)立地完成它的使命，做電力系統(tǒng)的守護(hù)神。 微機(jī)保護(hù)應(yīng)具有與監(jiān)控系統(tǒng)通信的功能，包括：接受監(jiān)控系統(tǒng)查詢，若返回正確應(yīng)答信號(hào)，則表明保護(hù)裝置通信接口完好；若超時(shí)無應(yīng)答或應(yīng)答錯(cuò)誤，則表明通信接口或保護(hù)裝置本身出現(xiàn)故障；傳送事件報(bào)告，包括跳閘時(shí)間（分辨率２ｍＳ）、跳閘元件、相別、測(cè)距、故障波形等，且掉電后信息能保留：傳送自檢報(bào)告，包括裝置內(nèi)部自檢和對(duì)輸入信號(hào)的檢查；修改時(shí)鐘及對(duì)時(shí)，目前至少要有通信廣播對(duì)時(shí)及分秒中斷對(duì)時(shí)，并能 GPS 外部對(duì)時(shí)；修改保護(hù)定值，定值要經(jīng)過上傳、下裝、反校、確認(rèn)等環(huán)節(jié)后，保護(hù)裝置才予以修改；接受投退保護(hù)命令，保護(hù)信號(hào)應(yīng)具有掉電白保持，能夠遠(yuǎn)方或就地復(fù)歸；接受查詢定值并送出定值；實(shí)行顯示保護(hù)主要狀態(tài)（功能投 入情況輸入量值等）。 平 頂 山 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 說 明 書 第 8 頁 監(jiān)控系統(tǒng)功能 （ 1） 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集裝置采集現(xiàn)場(chǎng)所有狀態(tài)量、模擬量及脈沖量，并可從各保護(hù)裝置采集保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)動(dòng)作信息、保護(hù)定值信息、保護(hù)故障信息、保護(hù)電源及保護(hù)裝置自檢信息。對(duì)重要的狀態(tài)量（如斷路器位置） 采用雙位置接點(diǎn)進(jìn)行采集，即 11,00 分別表示二個(gè)狀態(tài)，以保證正確無誤地反映斷路器位置，防止繼電器觸點(diǎn)的失效與抖動(dòng)而引起的狀態(tài)誤報(bào)。目前各種電量參數(shù)在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中均采用交流采樣，直接采集由電流互感器與電壓互感器提供的交流參數(shù)，常規(guī)變送器加Ａ／Ｄ變換方式只用于對(duì)非電量參數(shù)如變壓器油溫、主控室溫的采集。 4）繼電保護(hù)數(shù)據(jù)采集 包括保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、保護(hù)狀態(tài)、保護(hù)定值等。當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)故障時(shí) 00ms 以及故障后 3s 的波形，（如接地短路故障），能記錄故障前１ min 供事故分析。對(duì)低壓變電站可給出故障報(bào)告，包括故障類型、動(dòng)作類型及開關(guān)遮斷電流大小。此功能應(yīng)具有遠(yuǎn)方、當(dāng)?shù)亻]鎖，操作權(quán)限閉鎖措施。這些控制和操作可在遠(yuǎn)方的調(diào)度中心或變電站內(nèi)的后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的ＣＲＴ及鍵盤上發(fā)命令完成（具有操作密碼和操作者及操作內(nèi)容歸檔功能） ，也可在裝置面板上進(jìn)行操作，以保證系統(tǒng)的更高的使用靈活性。操作閉鎖應(yīng)包括以下內(nèi)容： 1）操作出口應(yīng)具有跳、合閉鎖功能。 3）根據(jù)實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)斷路器、刀閘操作閉鎖功能。只有輸入正確的操作口令和監(jiān)護(hù)口令才有權(quán)進(jìn)行操作控制。 （ 6）與遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的常規(guī)的遙測(cè)、遙信、遙控和遙調(diào)四遙功能，即將采集的數(shù)字量和狀態(tài)量實(shí)時(shí)地送往調(diào)度中心，并接受上級(jí)調(diào)度中心的控制和調(diào)節(jié)操作命令。此外還將故障錄平 頂 山 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 說 明 書 第 10 頁 波和其他繼電保護(hù)信息送往調(diào)度中心，同時(shí)接受調(diào)度中心發(fā)來的修改繼電保護(hù)整定值的命令等。通信波特率隨所選用通信通道及通信方式來決定。 （ 7）數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)記錄 系統(tǒng)將采集來的狀態(tài)量、數(shù)字量和脈沖量按規(guī)定的要求進(jìn)行處理，送往當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的后臺(tái)機(jī)和上級(jí)調(diào)度中心。歷史數(shù)據(jù)在監(jiān)控系統(tǒng)的后臺(tái)機(jī)內(nèi)至少能保存１年以上。當(dāng)變電站無人值班時(shí)。操作人員的人機(jī)聯(lián)系界面是ＣＲＴ屏幕與鍵盤或鼠標(biāo)器，可實(shí)現(xiàn)下列主要功能： CRT 屏幕上可顯示各種畫面、數(shù)據(jù)和表格，包括主接線圖、開關(guān)狀態(tài)、潮流信息、報(bào)警畫面與提示信息、事故記錄ＳＯＥ、負(fù)荷曲線、系統(tǒng)的配置和工作情況、保護(hù)整定值、日運(yùn)行報(bào)表等，并可將顯示畫面和表格拷貝打印記 錄下來。 輸入或修改數(shù)據(jù)，包括遠(yuǎn)方操作的密碼、操作人員的代碼及密碼、保護(hù)定值的設(shè)置和修改、報(bào)警值設(shè)置和修改、遠(yuǎn)方／當(dāng)?shù)夭僮鞯脑O(shè)置、控制閉鎖與允許等。 平 頂 山 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 說 明 書 第 11 頁 無人值班站應(yīng)保留一定的人機(jī)聯(lián)系功能，以保證變電站現(xiàn)場(chǎng)檢修或巡視的要求，能顯示站內(nèi)各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)量；操作出口回路具有人工當(dāng)?shù)鼐o急控制設(shè)施；變壓器分接頭應(yīng)備有當(dāng)?shù)厝斯ふ{(diào)節(jié)手段。當(dāng)數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)非法錯(cuò)誤時(shí)，